1. 원리

요즘 방송을 보면 야외 촬영 시에 종종 사용되고 있는 항공 촬영 기법에서 무인 카메라를 많이 사용하고 있다. 그 중에서도 드론으로 알려 진 쿼드콥터나 옥터콥터가 많이 사용되고 있다. 얼마전 게시판에 올라 왔던 [김형훈]씨의 글에도 아마존과 구글의 로봇 경쟁에서도 드론이 등장하기도 했다. 무인 카메라에 이용을 하고 있거나 무인 택배에 사용을 하려는 움직임이 보일 정도로 그 용도가 무궁무진 할 정도의 활용성을 가지고 있는 드론은 최초 군용으로 제작되었다.

본인은 쿼드콥터에 관심을 가지고 있고, 앞으로 제작에 대해서 글을 연재해 보려고 한다

이번 글에서는 쿼드콥터의 원리에 대해서 알아 보도록 하자.

아래에 보이는 것이 쿼드콥터의 실물 사진이다. 4개의 프로펠러를 가지고 있으며, 자세히 보면 프로펠러 날개의 방향도 서로 다르다는 것도 알 수 있다.

각각의 프로펠러의 회전 방향도 서로 다르다. 대각선으로 마주보고 있는 프로펠러끼리 같은 방향으로 회전을 하고 바로 옆의 프로펠러와는 다른 방향으로 회전을 하는 것이 기본 원리다. 즉, 인접한 두 프로펠러의 회전에 의해서 발생되는 반토크가 상쇄되어 동체가 회전되지 않고 윗 방향으로 뜨게 된다.

네 개의 프로펠러가 같은 속도로 회전을 하게 되면 동체가 뜨려고 하고, 속도에 따라 상하로 움직이게 된다.

쿼드콥터는 각각의 프로펠러 회전 속도에 따라서 동체의 움직임이 달라진다. 그 설명에 앞서서 일반 비행체의 이동에 대해서 알아 보도록 하자.

http://mtp.mjmahoney.net/www/notes/pointing/pointing.html 발췌

X 방향으로의 회전을 Roll이라 하고, Y 방향으로의 회전을 Pitch라하며, Z 방향으로의 회전을 Yaw라고 부른다.

각 프로펠러의 속도에 따른 이동 방향에 대해서 알아 보도록 하자.

쿼드콥터 동체 이동 방향에 대해서 아래 사진을 참고하기 바란다.

이상 간단하게 퀘드콥터의 원리에 대해서 알아 보았다. 앞으로 이 원리를 이용하여 직접 설계하고 만들어 보는 시간을 갖도록 하겠다.

아래 사진은 시중에 판매하고 있는 반조립 형태의 미니 쿼드콥터이다. 자세 자동 조정을 위한 3축 가속도 센서는 없지만, 기본 원리를 이해하기에 적당하다.